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丝网芯内钠薄液膜蒸发与毛细特性研究

原子能科学技术 2022年第6期56卷 1154-1162页

作者：马誉高张英楠余红星黄善仿清华大学工程物理系北京100084 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室四川成都610041

高温碱金属丝网芯热管主要应用于核能、航空航天等领域。由于碱金属工质与常规低温工质在热物性上存在显著差异,且丝网芯热管内部运行机理复杂,碱金属工质在丝网芯表面的相变行为亟待研究。本文建立了以前驱膜理论和蒸发弯月面液膜理论... 详细信息

高温碱金属丝网芯热管主要应用于核能、航空航天等领域。由于碱金属工质与常规低温工质在热物性上存在显著差异,且丝网芯热管内部运行机理复杂,碱金属工质在丝网芯表面的相变行为亟待研究。本文建立了以前驱膜理论和蒸发弯月面液膜理论为基础的丝网芯毛细蒸发薄液膜模型,考虑分离压力的电子分量与钠液膜热传导效应,对液态钠工质在丝网芯表面的毛细现象进行了分析,进而探究了不同运行参数对钠液膜传热传质与毛细特性的影响。研究表明,液态钠工质主要在本征弯月面内发生相变,运行温度通过改变工质热物性影响液膜的传热传质能力。丝网芯的动态调整能力与丝径和孔径等几何参数有关,通过改变液膜接触线位置,进而改变蒸发面积和三相接触线长度,从而影响丝网芯受力情况和传热传质能力,改变丝网芯表面液膜提供的毛细力。

关键词：气-液-固三相界面蒸发弯月面液膜理论传热传质毛细特性分离压力

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裂隙冻胀压力及对岩体造成的劣化机制初步研究

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岩土力学 2016年第6期37卷 1530-1542页

作者：刘泉声黄诗冰康永水刘建平中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点试验室湖北武汉430071 武汉大学土木建筑工程学院岩土与结构工程安全湖北省重点实验室湖北武汉430072

岩体在冻融循环下裂隙中会经历冻胀力的萌生、发展与消散,裂隙冻胀扩展和岩体冻胀损伤程度受冻胀力控制,基于热力学、渗流理论、界面力学和弹性理论建立了柱形封闭裂隙中冻胀力演化模型,对考虑水分迁移和不迁移两种情况下的冻胀力量值... 详细信息

岩体在冻融循环下裂隙中会经历冻胀力的萌生、发展与消散,裂隙冻胀扩展和岩体冻胀损伤程度受冻胀力控制,基于热力学、渗流理论、界面力学和弹性理论建立了柱形封闭裂隙中冻胀力演化模型,对考虑水分迁移和不迁移两种情况下的冻胀力量值进行了研究。结果表明:不考虑水分迁移作用下冻胀力随裂隙饱和度g和岩石弹性模量sE增加而迅速增大,当sE>10 GPa且g>94%时产生的冻胀力超过15 MPa,足以驱动任何岩体冻胀开裂,不同岩石裂隙冻胀开裂存在一个对应的临界饱和度ming;考虑岩石的透水性,渗透率低于5×10^(-14) cm^2的低渗透性岩石中裂隙水冻结会产生较大的冻胀水压力,容易引起裂隙冻胀扩展;而在渗透率大于10^(-12) cm^2的高渗透性岩石中,饱和裂隙水冻结难以形成有害的冻胀水压,裂隙冻胀开裂主要是冻结后期在冰-岩界面间的微观未冻水膜中产生的分离压力引起。

关键词：裂隙岩体冻胀力水分迁移分离压力劣化机制

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低速下润滑接触区补充供油机制的研究

摩擦学学报 2016年第3期36卷 341-347页

作者：韩兵王文中赵自强北京理工大学机械与车辆学院北京100081

在滚动轴承运行的过程中,滚道上的润滑剂在滚动体的反复碾压下,厚度不断减小,轴承最终进入乏油润滑状态.为了解释长期工作在乏油条件下的轴承依旧能够保持较长时间的良好工作状态,有必要研究在轴承中是否存在某种自发的补充供油机制.本... 详细信息

在滚动轴承运行的过程中,滚道上的润滑剂在滚动体的反复碾压下,厚度不断减小,轴承最终进入乏油润滑状态.为了解释长期工作在乏油条件下的轴承依旧能够保持较长时间的良好工作状态,有必要研究在轴承中是否存在某种自发的补充供油机制.本文作者基于球盘接触模型,分别考虑毛细力和分离压力在润滑油迁移过程中的作用,建立赫兹接触区附近油层分布模型,并以此修正弹流计算中的入口供油条件,采用统一Reynolds方程法计算在静止或低速条件下的润滑油膜厚度和压力分布,研究毛细力和分离压力的补充供油机制对润滑条件的改善作用.

关键词：乏油润滑毛细力分离压力补充供油机制

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对致密气藏水膜厚度的再认识

中国海上油气 2019年第1期31卷 94-102页

作者：杨宇周文姜平张辉周伟杨琛张昊游振江油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学) 四川成都610059 中海石油(中国)有限公司湛江分公司广东湛江524057 成都理工大学能源学院四川成都610059 阿德莱德大学石油学院

在实际气层中,束缚水以毛管束缚水和水膜形式存在。根据由Derjaguin-Landau-Verwey-Overbee理论建立的总分离压和水膜厚度的理论计算模型,结合扩展Young-Laplace公式,采用迭代算法,提出了计算储层水膜厚度的图解法。利用实际地层实测温... 详细信息

在实际气层中,束缚水以毛管束缚水和水膜形式存在。根据由Derjaguin-Landau-Verwey-Overbee理论建立的总分离压和水膜厚度的理论计算模型,结合扩展Young-Laplace公式,采用迭代算法,提出了计算储层水膜厚度的图解法。利用实际地层实测温度、压力数据,得到总分离压与水膜厚度曲线,求得在气藏中部孔隙中的水膜厚度远小于含气孔隙半径。在实际气藏的高矿化度水溶液中,静电斥力较小,只有Van der Waals引力是保持水膜稳定的主要作用力,因此气藏孔隙中水膜厚度小。对比临界孔隙半径和水膜厚度的计算值表明,束缚水主要以毛管束缚水的形式存在,水膜厚度远小于含气孔隙的半径,对天然气渗流的影响小。

关键词：气藏毛管压力分离压力束缚水水膜厚度

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根据水膜稳定性研究储层润湿性

石油实验地质 2008年第3期30卷 311-314,320页

作者：石京平赵国忠杨清彦赵波贺承祖苏占云张晟中国石油天然气股份有限公司大庆油田有限责任公司勘探开发研究院黑龙江大庆163712 新疆科力新技术发展有限公司新疆克拉玛依834000

鉴于常规储层润湿性研究方法在低渗或特低渗透储层中应用的局限性,提出了根据储层表面水膜稳定性来研究储层润湿性的方法。根据原油、地层水和成岩矿物的物性参数、矿物表面曲率以及毛管压力,用DLVO理论和推广的Young-Laplace公式可以... 详细信息

鉴于常规储层润湿性研究方法在低渗或特低渗透储层中应用的局限性,提出了根据储层表面水膜稳定性来研究储层润湿性的方法。根据原油、地层水和成岩矿物的物性参数、矿物表面曲率以及毛管压力,用DLVO理论和推广的Young-Laplace公式可以计算岩石表面水膜的分离压力,其大小表征了岩石表面水膜的稳定性,以此判定储层的润湿性。应用该方法测定了加拿大高沥青质含量的Athabasca储层和大庆外围低渗透储层的润湿性,均为亲水润湿性,与储层实际相一致,为在分子水平上研究储层岩石的均质和各种复杂的非均质润湿性开辟了一条新的途径。

关键词：水膜分离压力 DLVO理论润湿性储层

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纳米智能驱油技术研究现状及发展趋势

应用化工 2022年第7期51卷 2101-2105页

作者：张创王成龙时圣彪郑川江延长油田股份有限公司志丹采油厂陕西延安717500

综述了纳米驱油技术的分类,及微观和宏观驱油机理的研究现状,着重介绍了智能纳米驱油技术的五大应用,对比了该技术与常规驱油技术的优势,从性能效果、经济成本、安全及环保层面分析了智能纳米驱油技术面临的挑战,并给出了前瞻性的发展... 详细信息

综述了纳米驱油技术的分类,及微观和宏观驱油机理的研究现状,着重介绍了智能纳米驱油技术的五大应用,对比了该技术与常规驱油技术的优势,从性能效果、经济成本、安全及环保层面分析了智能纳米驱油技术面临的挑战,并给出了前瞻性的发展建议。

关键词：纳米智能驱油驱油机理分离压力应用纳米调驱优势挑战

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滚动轴承补充供油机理研究

滚动轴承补充供油机理研究

作者：韩兵北京理工大学

学位级别：硕士

滚动轴承在运行过程中,由于滚动体的反复碾压,滚道上的润滑油被挤压至滚道两侧,滚道中央油层迅速减小,最终进入乏油润滑状态。但是在工程实践中可以发现,在没有后续供油的情况下,轴承依旧能够保证较长时间的良好工作状态,这说明在轴承... 详细信息

滚动轴承在运行过程中,由于滚动体的反复碾压,滚道上的润滑油被挤压至滚道两侧,滚道中央油层迅速减小,最终进入乏油润滑状态。但是在工程实践中可以发现,在没有后续供油的情况下,轴承依旧能够保证较长时间的良好工作状态,这说明在轴承中存在某种自发的补充供油机理以维持轴承的良好润滑。本文对滚动轴承滚道的补充供油机理进行了系统的研究,包括接触区附近润滑油的补充供油机理和接触区外滚道自由表面油层的补充供油机理。论文的主要工作和结论如下:建立了考虑毛细力和分离压力作用的接触区附近油层分布模型,分析接触区附近的润滑油受到的毛细力和分离压力的影响。在低速及静止工况下,由毛细力和分离压力作用产生的弯液面将改善接触区入口处的供油条件,从而改善乏油工况下的润滑性能。计算结果表明乏油工况下毛细力和分离压力等微观力作用可能是接触区补充供油的一种机理。建立了回转面滚道油层分布模型,研究了表面张力、离心力、初始油层厚度和润滑油黏度对滚道油层厚度变化的影响,为轴承润滑分析奠定了基础。建立了球盘模型滚道油层分布模型,考虑表面张力、重力、离心力和分离压力等作用力对接触区外的滚道自由表面上的润滑油分布的影响,就各作用力的作用效果进行了计算分析,研究了不同条件下各作用力对油层厚度变化的影响以及滚道中央油层厚度的变化规律。在乏油润滑模型的基础上,分析了滚动轴承在运行过程中,滚道油层反复经历的从进入接触区到离开接触区、成为自由表面油层、最后再次进入接触区的过程。研究了不同初始油层厚度的条件下,滚道油层厚度的变化规律。利用球盘式油膜厚度测量实验台,观测了接触区外滚道自由表油层厚度受表面张力作用的回复过程,定性验证了滚道中央油层厚度随时间变化的理论结果。

关键词：滚动轴承补充供油机理油层厚度表面张力分离压力离心力

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水泥基材料冻融损伤的微细观力学模型研究

水泥基材料冻融损伤的微细观力学模型研究

作者：周文君天津大学

学位级别：硕士

在我国北方寒冷地区,混凝土材料冻融损伤的现象普遍存在,这导致构件和整体结构的耐久性降低甚至破坏失效,也会对社会经济正常运行造成威胁。因此,对水泥基材料的冻融损伤现象应给予足够的重视。建立冻融循环作用下,考虑损伤的水泥基材... 详细信息

在我国北方寒冷地区,混凝土材料冻融损伤的现象普遍存在,这导致构件和整体结构的耐久性降低甚至破坏失效,也会对社会经济正常运行造成威胁。因此,对水泥基材料的冻融损伤现象应给予足够的重视。建立冻融循环作用下,考虑损伤的水泥基材料冻融损伤模型是进行混凝土结构冻融损伤实时模拟的理论基础,也是在科学预测混凝土结构的使用年限基础上进行耐久性设计的前提。水泥基材料的冻融损伤是力-热-渗流耦合作用,并伴随着孔隙尺度的孔隙水-冰晶体相变转化导致的物理现象。国内外现有的损伤本构模型大多是基于唯象方法(Phenomenological methodology)所建立的经验模型,这些模型无法从物理本质上解释水泥基材料冻融损伤的现象。基于从微观尺度物理力学性质到宏观材料物理力学性质的多尺度研究思路,本文考虑孔隙水-冰结晶相变的物理力学过程、孔壁和冰晶体之间未结冰水膜及其分离压力、温度应力、由表面张力效应产生的膜应力,并且考虑冻融循环过程中,水泥基材料裂缝的生成对材料物理力学性质、物理力学行为的影响,采用微细观力学方法和均质化方法,建立水泥基材料在冻融循环作用下微细观力学损伤模型。该模型包括:1)描述应力,和孔隙内压力、温度应力、应变关系的宏观第一状态方程;2)描述孔隙率变化量,和应变、孔隙内压力、温度应变关系的宏观第二状态方程。主要研究结论如下:1、在不排水边界条件下,随着温度的不断降低,水泥基材料从大孔往小孔不断结冰,冰晶体+未结冰水膜复合体的生成对水泥基材料的体积模量有增强效果;同时,随着温度的不断降低,增大的孔隙内压力会引起材料开裂,产生的裂缝会导致体积模量的降低;水泥基材料的体积模量随着这两个效应权重不同的增减也会相应的增大或减小。对于冻融循环作用下的水泥基材料,其生成的裂缝在降低体积模量的同时,也为孔隙溶液压力的释放提供空间,进而降低了孔隙内压力。但是裂缝对体积模量的降低效果明显强于对孔隙内压力的降低效果,所以总体上裂缝的生成和扩展对冻融循环下的水泥基材料产生不利影响。2、本模型特别考虑了水泥基材料孔壁和冰晶体之间未结冰水膜及其分离压力,研究发现,相比于本模型,不考虑未结冰水膜的情况(即像传统模型中的冰晶体填满孔隙)的变形模拟结果偏小。3、将本文建立的水泥基材料冻融损伤微细观力学模型模拟结果和文献中的实验数据进行比较,模型的结果和实验结果一致性较好,并且,分析结果中存在的偏差。同时,建立了双尺度模型用于讨论代表性单元尺度划分的影响。

关键词：水泥基材料未结冰水膜分离压力损伤模型冻融循环微细观力学

液滴混合和反应时薄液膜形貌和流动特性的实验研究

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液滴混合和反应时薄液膜形貌和流动特性的实验研究

作者：马腾霄华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

三相接触线附近的薄液膜区的传热传质特性,涉及蒸发、沸腾等生活和工业生产中的许多常见现象,涵盖了微纳传热传质、流体力学等多学科领域的知识。目前对于固着液滴的三相接触线附近薄液膜形貌和流动特性的研究已经较为成熟,而对于液滴... 详细信息

三相接触线附近的薄液膜区的传热传质特性,涉及蒸发、沸腾等生活和工业生产中的许多常见现象,涵盖了微纳传热传质、流体力学等多学科领域的知识。目前对于固着液滴的三相接触线附近薄液膜形貌和流动特性的研究已经较为成熟,而对于液滴混合和反应时接触线附近薄液膜的研究仍不成熟,尚未全面揭示涉及多个液滴接触时接触线附近的传热传质机理。本文以全内反射荧光显微镜搭建了微流动实验观测平台,使用隐逝波作为照明光源,基于隐逝波的光强到壁面距离呈指数衰减的特性,计算了液滴内部示踪粒子的运动特性。使用MATLAB作为数据处理工具,基于MnPIV技术,通过合理的分层分区技术,研究了液滴混合和反应时接触线附近的界面形貌和流动特性。为研究液滴混合时薄液膜区的形貌特征,本文首先使用Scheludko腔体法和全内反射的方法,通过实验手段测量了含有荧光纳米颗粒的纯水的分离压与液膜厚度的关系,发现荧光纳米颗粒的存在增大了结构分离压力,且颗粒浓度越大,总分离压力越大。分离压力的测量为进一步探究液滴混合时薄液膜区的界面形貌和质量流量奠定了基础。通过采用不同的混合方式研究了液滴薄液膜区的形貌和流动特征。研究发现,采用悬垂式混合方式时,液滴薄液膜区的界面形貌出现了剧烈的振荡,且持续时间更长;采用不同的混合方式对于液滴接触线附近的速度场和流场的影响也存在较大差异。为更加准确直观地对液滴反应时的界面形貌和流场信息进行拟合,基于已有的薄液膜二维分区方法,将分区方法的维度扩展至三维,提出了改进的三维分区方法,并通过比较验证了其可行性。基于三维分区方法对液滴反应时的数据进行拟合,发现在液滴发生化学反应时液滴的交界区界面出现了剧烈的变形,且中心区域呈凸起状。同样的,界面出现凸起状区域的速度大小也达到了峰值,速度方向为相向运动,速度场与界面形貌具有良好的一致性。相比于小浓度下的液滴反应,大浓度下的界面变形更剧烈,反应速度更快,达到稳定的时间也越短。本文以全内反射荧光显微镜为实验平台,以隐逝波作为照明光源,首先探究了去离子水的分离压与液膜厚度之间的关系,为进一步探究薄液膜区的形貌和质量流量等奠定基础;然后探究了不同混合方式对于液滴薄液膜区形貌和流场的影响;最后基于改进的三维分区方法,探究了液滴在发生化学反应的前中后期界面形貌和流动特征。

关键词：液滴混合分离压力化学反应流动特性界面形貌三维分区